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La nouvelle génération de connecteurs PCIe

Au cours de ces dernières années, l’engouement pour l’intelligence artificielle (IA) fut tel que peu de domaines de la vie quotidienne ne bénéficient pas aujourd’hui d’une manière ou d’une autre des avantages de l’IA ou de l’apprentissage automatique (ML). L’usage accru de ces technologies sollicite fortement les centres de données, dont l’architecture a dû évoluer afin de supporter le volume toujours croissant de données. De même, l’infrastructure sur laquelle reposent les centres de données a elle aussi dû évoluer pour continuer à assurer la fiabilité des communications dans cet écosystème.

Les centres de données se voient ainsi contraints d’adopter des solutions de connectivité à haut débit et à faible latence afin de rester au diapason de la charge de travail. Une nouvelle tendance, appelée « désagrégation », a fait de cette contrainte une absolue nécessité.

Dans les architectures classiques, chaque processeur dispose de sa propre mémoire. Cette technique permet d’obtenir une faible latence, mais elle utilise inefficacement les ressources en mémoire. Comme les exigences varient au fil du temps, un processeur peut connaître une période de faible activité tandis qu’un autre est surchargé. Il en résulte qu’un module surchargé peut manquer de mémoire alors qu’un module adjacent en a de réserve.

Pour éviter ce type de situation, la désagrégation consiste à retirer la mémoire individuelle des processeurs et à la regrouper en une ressource collective que les processeurs peuvent utiliser plus efficacement. Cependant, cette séparation physique de la mémoire et du processeur exige une connectivité hautement performante.

Considérations conceptuelles concernant le PCIe pour les centres de données

Lorsqu’ils conçoivent la connectivité pour les architectures de centres de données les plus récentes, les ingénieurs doivent veiller à sélectionner des composants capables de répondre aux besoins actuels et futurs de l’IA. Ce n’est toutefois pas le seul critère à prendre en compte dans le choix des connecteurs. Les ingénieurs doivent en outre s’assurer de la capacité des connecteurs sélectionnés à gérer le débit de données attendu, de leur fiabilité à long terme et de leur compatibilité avec les systèmes existants afin de garantir des mises à niveau simples à effectuer. Compte tenu de tous ces critères, le PCIe^® ou PCI Express (pour Peripheral Component Interconnect Express) apparaît comme la norme d’interconnexion la plus appropriée pour les transferts de données internes à haut débit dans les centres de données qui alimentent les applications d'IA les plus récentes.

Une autre préoccupation majeure des opérateurs est la gestion de la chaleur. Avec l'augmentation de la demande en puissance de calcul, certains racks consomment jusqu‘à 100 kW. Or, cette consommation électrique accrue augmente proportionnellement la chaleur générée par les équipements. Cela n’a rien d’anodin quand on sait que le refroidissement d’un centre de données peut représenter jusqu'à 40 % de ses coûts d'exploitation.[1] L’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) recommande de maintenir la température ambiante dans les centres de données entre 18 °C et 27 °C[2], mais avec l’augmentation du coût de l’énergie, de nombreux opérateurs se contentent de rester dans le haut de cette fourchette.

Les connecteurs jouent un rôle important dans la gestion de la chaleur. Étant donné qu'ils font partie des plus gros composants des circuits imprimés modernes (PCB), leur taille et leur emplacement ont une incidence directe sur la circulation de l’air et l’efficacité du refroidissement du système.

Par ailleurs, il importe de bien comprendre dans quelle mesure la température affecte les performances du connecteur. Une densité élevée de composants actifs ou un refroidissement inégal peuvent faire apparaître des points chauds. Or, il est impératif d’éviter d’exposer les connecteurs à des températures trop élevées. Ce n’est pas seulement une question de sécurité, mais aussi d’efficacité, car une température trop élevée affecte le bon fonctionnement des connecteurs. Lorsque la température grimpe, il est nécessaire de réduire le courant électrique qui traverse le connecteur pour éviter de créer de la chaleur supplémentaire.

Cela signifie que les concepteurs doivent trouver un juste équilibre entre la compatibilité avec l’infrastructure existante – en vue d’optimiser la capacité du système – et la nécessité de refroidir le système en cours d’utilisation. La clé de voûte de ces considérations, ce sont les connecteurs.

La nouvelle génération de connecteurs PCIe

Pour aider les ingénieurs que ces questions occupent, le fabricant Amphenol FCI vient de lancer le connecteur encartable PCI Express Gen 5 Flip CEM. Comme son nom l’indique, ce connecteur de 5e génération utilise l'interface PCIe standard, ce qui garantit la rétrocompatibilité avec les équipements de génération précédente déjà en service (voir figure 1).[3] De plus, sa conception lui confère quelques avantages non négligeables pour une utilisation dans les dernières applications en cours dans les centres de données.

Les connecteurs PCIe traditionnels comportent deux rangées de contacts disposées à 180° l'une par rapport à l'autre, ce qui entraîne une empreinte plus grande que le corps du connecteur sur le PCB. Dans la conception Flip CEM d’Amphenol, les deux rangées de contacts sont réalignées, ce qui permet de réduire l'empreinte du connecteur de 19,5 %. Cette conception en fait donc le connecteur idéal pour réaliser une connexion sur le bord du PCB.

Le connecteur PCIe Gen 5 d’Amphenol est compatible avec les équipements existants et offre toutes les capacités de la 5e génération avec un débit pouvant atteindre les 32 GT/s. Sa conception robuste répond aux besoins actuels des centres de données et permet de mettre le matériel à niveau à mesure que la technologie évolue.

Conclusion

Le boom de l’IA signifie un besoin croissant de données. Les architectures des centres de données évoluent afin de garantir non seulement qu’elles continuent de répondre aux exigences actuelles, mais aussi qu'elles soient suffisamment robustes et flexibles pour répondre aux demandes futures.

Fort de nombreuses années d’expertise dans le perfectionnement de l’interface PCIe, Amphenol a développé le connecteur Gen 5 Flip pour répondre aux besoins évolutifs des centres de données tout en garantissant la compatibilité avec les équipements existants.

À propos de l’auteur

David Pike s’est fait un nom dans le monde de l’interconnexion en se distinguant par sa passion, mais aussi par son côté geek. Son pseudo est d’ailleurs le Connector Geek.

Sources

[1]https://restservice.epri.com/publicdownload/000000003002028905/0/Product
[2]https://www.ashrae.org//File%20Library/Technical%20Resources/Bookstore/ASHRAE_TC0909_Power_White_Paper_22_June_2016_REVISED.pdf
[3]https://www.mouser.com/new/amphenol/amphenol-pcie-cem-card-edge-connectors/